新型锂离子电池充放电保护器MAX1665S/V/X

    摘要：MAX1665S/V/Xj MAXIM公司生产的一种专用的锂离子电池组充、放电控制保护器。利用它可以对锂离子电池组提供有铲的过压、欠压和过泫保护。文中介绍了MAX1665S/V/X的性能参数、典型电路的工作原理，同时给出了2～4节锂离子电池组保护器的应用电路。

    关键词：锂离子电池 过充电 过放电 保护器 MAX1665

1 概述

锂离子电池是一种新型可用充电电池，它具有单体工作电压高、体积小、重量轻、能量密度高、循环寿命长（高达1200次）、可在两小时内快速充足电以及允许放电温度范围宽（-20～+60℃）等优点。此外，锂离子电池还有自放电电流小，无记忆效应和无环境污染等优点，它的综合性能优于铅酸、镍镉、镍氢和金属锂电池，因而是目前性能最好的电池。可广泛应用于便携式电子设备、移动通信、手机及无线电台等。

锂离子电池的主要缺点是不鸡允许过充电和过放电。为了防止锂离子电池过充电和过放电，单体电池或电池组都必须加装充、放电及过流保护电路，并且需要专用的充电器来对锂离子电池实施最安全和最佳地充电，以延长其使用寿命。

MAX1665S、MAX1665V、MAX1665X是分别可用于2、3、4节锂离子电池组的充放电过过程控制器，这些器件能检测每一节电池的电压及充、放电电流，并可为锂离子电池组提供过压、欠压和过流保持，它们通过控制两只外部N沟道MOS场效应管的通断来实现对电池且的充、充电保护。由MAX1665构成保护器所需的元件少，且工作电流非常低，从而保证电池在长期储藏期间不会过放电。

2 主要特性参数及管脚功能

MAX1665锂离子电池充电保护器的主要功能如下：

●具有保护功能，可对电池和电池组进行过充电和过放电保护；

●典型电源电流值为16μA；

●休眠电流小于1μA；

●电池组匹配输入偏置电流小于500pA，可维挂电池组的平衡；

●B4P、B3P、B2P、B1P与PKN之间的最大电压分别为+24V、+18V、+12V、+6V；

●工作温度范围为：-40～+80℃；

●储藏温度范围为-60～+150℃。

MAX1665采用8脚SO封装，其引脚排列如图1所示。各器件的管脚功能如表1所列。

表1 MAX1665引脚功能

管        脚名  称功     能MAX1665SMAX1665VMAX1665X1，81-I.C内部连通，外部不接--1B4P电池4正极输入端，连接到锂离子电池组第四节电池的正极端222DSG放电控制输出端，驱动控制外部NMOSFET的栅极，控制充电过程333CHG充电控制输出端，驱动控制外部NMOSFET的栅极，控制充电过程444PKN电池组负极输入555BN接第一节串联锂离子电池负极666B1P电池1正极输入端，连接到锂离子电池组第一节电池的正极端777B2P电池2正极输入端，连接到锂离子电池组第二节电池的正极端-88B3P电池3正极输入端，连接到锂离子电池组第三节电池的正极端

3 保护工作原理

3.1 过压保护

当任何一节电池电压升高到Vov(过压限定值)以上时，芯片中CHG端输出低电平以控制外部MOSFET关断，从而断开电池的充电回路。MAX1665可在电池组内逐个测量线一节电池电压防防止过充电。当电池电压下降到Vov-100mV以下时，充电过程又重新开始。

3.2 欠压或过放电保护

在电池组只，当每节电池电压均高于欠压门限值VUV(典型值2.5V)时，器件将房产控制外部MOSFET接通放电回路，以允许电池组放电。放电过程中，只要其中一节电池电压低于VUV时，器件便将CHG锁定到PKN，DSG锁定到BN，从而MOSFET的关断放电回路将使器件进入睡眠模式，此时静态电流低于1μA。

在长期储藏期间，MAX1665进入睡眠模式，电池将安全放电（小于1μA）直到电池达到欠压门限为止。当外部电池接通并使BN端电压上升超过PKN端电压18mV时，电路重新进入正常工作状态。

3.3 过流保护

当MAX1665检查出过流时，通过连接CHG和DSG来关断外部MOSFET，从而停止充电或放电过程。在充电模式，当BN端到PKN端的电压超过+250mV时，将进入过流充电。在放电模式，当BN端到PKN端的电压低于-250mV时，进入过流放电。在任何一种过流条件下，CHG和DSG端均给出50ms/12Hz的选通脉冲（定期采样电池电流），直到过流故障消除为止。如果过压和过流条件同时存在，则过压条件优先；如果过充电（欠压）和过充条件同时存在，则达放电条件优先。

3.4 电池电流平衡

当各电池匹配（各电池参数一致）时，MAX1665仅从顶端点引出电流，而从中间接点引出的电流为零，这样可使电池组电流保持平衡。图2所示为一个电压采样简化电池图。

在实际工作中，MAX1665可从外部接点输入70nA～150nA的电流，而当电池匹配时，这个电流不存地。在电池采样期间（占用一个机器周期1/32的时间）则可获取2～5nA的电流。

3.5 外部场效应管选择

外部N沟道MOSFET被用作开关门，以控制充电、放电过程。MAX1665的CHG和DSG用来控制外部MOS场效应管的栅极，以防止锂离子电池因过流状态的损坏。需要说明的是，MAX1665X将最大栅源电压VGS限制在20V。

4 串联电池组充电控制电路

图3（a）、（b）、（c）分别给出了2、3及4节串联电池组充、放电保持器的应用电路。为防止MOS管中的体二极管导通，IRF7101的双N沟道MOSFET采样定向串联连接方式（源极与源极相连），的极性符号表示对外连接充电电源的极性。图中IRF7101可选用小型8脚窄封装。如何选择MOSFET，取决于电池的最大充、放电电流值，使用不同的MOSFET可以获得不同的应用效果。表2给出了推荐的MOSFET。

表2 推荐MOSFET

NMOSFET型号典型导通电阻R（ON）（Ω）最大栅源电压Vos(V)IRF99560.01±20FDS6990A0.018±20Si99360.050±20

当每节电池电压低于4.3V（过压充电限定值）时，MAX1665对电池充电。在充电过程中，如果任何一节电池的电压升高到4.3V上，保护器都将关断充电MOSFET以防止电池组内电池过充电；当每节电池电压在2.5V（欠压限定值）以上时，保护器则允许电池对负载放电。当任何一节电池电压低于2.5V时，保护器将关断放电MOSFET，从而防止电池组内电池过放电；如果PKN端与BN端的电压差低于250mV时，电池正常充电或放电，否则被禁止，这一性能可防止电池组过流。

MAX1665的控制引脚CHG和DSG用来分别驱动两只串接的N沟道MOSFET的栅极。而电池组能否充电或放电，取决于电池的状态。在电池保持电路中，MAX1665依据B1P、B2P、B3P和B4P的测量值来决定电池组能否充电或放电。

    当CHG和DSG是高电平时，MOSFET导通，允许电池充电或放电。当充电流或放电电流过大（过流）时，器件关断MOSFET进入备用方式，并定期采样电池电流，确定故障状态是否解除。MAX1665不能直接取样电流，但可通过测量BN和PKN之间电压（由充电或放电电流通过MOSFET的漏源电阻得到，预置门限电压为250mV）来防止电池过流。